Определение твердости металлов и сплавов по методу Бринелля

 

Комитет по науке и высшей школе

Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное

учреждение среднего профессионального образования

«Невский машиностроительный техникум»

 

 

 

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЁРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПО МЕТОДУ БРИНЕЛЛЯ

МВ.ЛР-02._______ ._______.

                                 группа          № в группе

1 Цель работы.

         Овладение практическими навыками по определению твёрдости  методом Бринелля.

2 Вариант работы - ____ .

3 Материальное обеспечение.

3.1 Прибор ТШ – 2М.

3.2 Оптический микроскоп МПБ-2.

3.3 Калькулятор.

3.4 Образцы из стали, латуни и алюминия.

3.5  Переводные таблицы Бринелля.

4 Задачи и порядок работы.

4.1 Изучить устройство, основные характеристики и работу прибора ТШ – 3М.

4.2 Выбрать значение коэффициента «К» в зависимости от марки металла образца.

4.3 Определить диаметр шарика и нагрузку для выбранного коэффициента «К».

4.4 Установить на приборе требуемые диаметр и нагрузку или  выбрать прибор с требуемыми шариком и нагрузкой.

4.5 Установить образец на подставку прибора. Ввести в соприкосновение шарика с образцом путём вращения маховика до упора, опеспечив предварительную нагрузку.

4.6 Включить прибор.

4.7 Только после автоматического выключения прибора освободить образец вращением маховика и снять образец.

4.8 Замерить в двух перпендикулярных направлениях диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ-2. Результаты замеров занести в таблицу отчёта.

4.9 Определить  твёрдость по переводной таблице Бринелля.

4.10 Рассчитать по формуле значение твёрдости и сравнить расчётные данные с табличными значениями. Занести данные в таблицу отчёта.

4.11 Составить отчёт с выводами по работе.

5 Теоретические предпосылки

         При измерении твёрдости металлов и сплавов по Бринеллю стальной или из твёрдого сплава шарик вдавливается в образец (деталь) под действием нагрузки, приложенной в течение определённого времени, а после снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка, оставшегося на поверхности (как показано на рисунках 3 и 4 лабораторной работы МВ.ЛР-01). Число твёрдости по Бринеллю определяется по формуле

,

где F	- нагрузка, кг.с;
Dш	- диаметр шарика, мм;
dотп	- диаметр отпечатка, мм.

Минимальная толщина образца S должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h_отп и определяется по формуле :

 .

В приложении 2 ГОСТ 9012-59 указывается минимальная толщина образца или детали в зависимости от предполагаемой твёрдости по Бринеллю, диаметра шарика и нагрузки. Поверхность образца (детали) должна быть ровной, гладкой, свободной от окисной плёнки. При подготовке поверхности для замера твёрдости необходимо принять меры, исключающие изменение свойств материала. Обработку поверхности можно проводить шлифовкой или напильником с мелкой насечкой. При определении твёрдости диаметром шарика 1мм поверхность должна быть отполирована.

На противоположной стороне образца не должно быть заметно следов деформации. Испытание проводят при температуре 10…35 градусов Цельсия. Образец должен находиться на подставке устойчиво, исключая возможность его перемещения или прогиба во время испытаний. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна быть от 10 до15 секунд для чёрных металлов в зависимости от материала и его твёрдости.

         Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4 диаметров отпечатков, а расстояние от центра отпечатка до края детали не менее 2,5 диаметра отпечатка для материалов с твёрдостью менее 350 HB. Диаметр шарика и соответствующую нагрузку следует выбирать так, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах от 0,25 до 0,6 D_ш. При несоблюдении этих требований необходимо изменить условия испытаний (диаметр шарика и нагрузку). Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа или других приборов с погрешностью измерения   0,25 % (для шариков диаметром 5 и 10 мм) и   0,5 % (для шариков диаметром 1,2 и 2,5 мм) диаметра шарика и определяют среднее арифметическое двух измерений. При этом разность измерений диаметров одного отпечатка не должна превышать 2 % от меньшего из них.

         Испытание проводят с применением нагрузок, зависящих от соотношений коэффициента К (см.таблица 2) и D_ш²

         Твёрдость по Бринеллю при условиях испытания: диаметре шарика, равного 10 мм, нагрузке 3000кгс при продолжительности выдержки 10…15 секунд – обозначается цифрами, указывающими на величину твёрдости и буквами «HB», например, 185 HB.

При других условиях испытания после букв «HB» указываются условия испытания в следующем порядке: диаметр шарика, величина нагрузки и

продолжительность выдержки под нагрузкой, например,185 HB 5/750/20 (твёрдость  185 HB определена с применением шарика диаметром 5 мм, при нагрузке 750 кгс и продолжительностью выдержки под нагрузкой 20 секунд).

Буквы «HB» употребляются при применении стального шарика для металлов и сплавов с твёрдостью не более 450 HB, а буквы «HBW» при применении шарика из твёрдого сплава  для металлов и сплавов с твёрдостью более 450 HB.                                                                                            

Таблица 1 Определение средней твердости по методу Бринелля

Диаметр отпечатка dотп	Числа твердости по Бринеллю при усилии Fкгс, равном KⅹDш2		Диаметр отпечатка dотп	Числа твердости по Бринеллю при усилии Fкгс, равном KⅹDш2		Диаметр отпе-чатка dотп	Числа твердости по Бринеллю при усилии Fкгс, равном KⅹDш2
	30Dш2	10Dш2		30Dш2	10Dш2		30Dш2	10Dш2
2,00	946	315	3,55	293	97,7	5,05	140	46,5
2,05	899	300	3,60	205	94,9	5,10	137	45,5
2,10	856	285	3,65	277	92,3	5,16	134	44,6
2,15	817	272	3,70	269	89,7	5,20	131	43,7
2,20	780	260	3,75	262	87,2	5,25	128	42,8
2,25	745	248	3,80	255	84,9	5,30	126	41,9
2,30	712	237	3,85	248	82,6	5,35	123	41,0
2,35	682	227	3,80	241	80,4	5,40	121	40,2
2,40	653	218	3,95	235	78,3	5,45	118	39,4
2,45	627	209	4,00	229	76,3	5,50	116	38,6
2,50	601	200	4,05	223	74,3	5,55	114	37,9
2,55	578	193	4,10	217	72,4	5,60	111	37,1
2,60	555	185	4,15	212	70,6	5,65	109	36,4
2,65	534	178	4,20	207	68,8	5,70	107	35,7
2,70	514	171	4,25	201	67,1	5,75	105	35,0
2,75	495	165	4,30	197	65,5	5,80	103	34,3
2,80	477	159	4,35	192	63,9	5,85	101	33,7
2,85	461	154	4,40	187	62,4	5,90	99,2	33,1
2,00	444	148	4,45	183	60,9	5,95	97,3	32,1
2,95	429	143	4,50	179	59,5	6,00	95,5	31,8
3,00	415	138	4,55	174	58,1	6,05	93,7	31,2
3,05	401	134	4,60	170	56,8	6,10	92,0	30,7
3,10	388	129	4,65	167	55,5	6,15	90,3	30,1
3,15	375	125	4,70	163	54,3	6,20	88,7	29,6
3,20	363	121	4,75	159	53,0	6,25	87,1	29,0
3,25	352	117	4,80	156	51,9	6,30	85,5	28,5
3,30	341	114	4,85	152	50,7	6,35	84,0	28,0
3,35	331	110	4,90	149	49,6	6,40	82,5	27,5
3,40	321	107	4,95	146	48,6	6,45	81,0	27,0
3,45 3,50	311 302	104 101	5,00	143	47,5	6,50	79,6	26,5

Примечание. При диаметре шарика D_ш5 мм, расчетный диаметр отпечатка увеличивать в 2 раза, а при диаметре шарика D_ш 2,5 мм - в 4 раза. К - коэффициент, равный отношению усилия к квадрату диаметра шарика.

Таблица 2 Определение коэффициента К

Наименование металлов и сплавов	Коэффициент К	Твёрдость, HB
Железо, сталь и другие высокопрочные сплавы	30	96…450
Титан и его сплав	15	50…220
Алюминий, медь, никель и их сплавы	10	32…200
Магний и его сплавы	5	160…100
Подшипниковые сплавы	2,5	8…50
Олово, свинец	1	3,2… 20

Таблица 3 Выбор диаметра шарика и нагрузки

Диаметр шарика, мм	Нагрузка для коэффициента К кгс
	30	15	10	5	2,5	1
1,0	30	-	10	5	2,5	1,0
2,0	120	-	40	20	10	4,0
2,5	187,5	-	62,5	31,2	15,6	6,2
5,0	750	-	250	125	62,5	25
10,0	3000	1500	1000	500	250	100

         Определив нагрузку по таблице 3, коэффициент «К» по таблице 2, выбирают диаметр шарика и нагрузку по таблице 3.

В стандарте ГОСТ 9012 приводятся таблицы твёрдости по Бринеллю при диаметрах шариков 1, 2, 2,5, 5 и 10 мм и соотношениях между испытательной нагрузки и квадратом  диаметра ( К ) 1, 2,5, 5, 10, 15 и 30 мм.

         Величина твёрдости по Бринеллю не имеет точного перевода их в другие величины твёрдости или характеристик прочности на растяжение.

         Ориентировочно между временным сопротивлением и твёрдостью по Бринеллю при продолжительности выдержки под нагрузкой 15 секунд следующие зависимости:

- для стали      ;

- для латуни    , МПа.

         В отчёте данные по замерам твёрдости следует привести по форме таблицы 4.                                                                                                 

Таблица 4 Результаты определения твёрдости по методу Бринелля

№ образца	Материал образца	Шарик		К, кгс/мм2	F, кгс	dотп, мм			HB (HBW)	, МПа
		Dш, мм	материал			1	2	ср.
1
2
3
4
5
6